Une partie de la photosynthèse se déroule obligatoirement en présence de lumière : c’est la phase photochimique de la photosynthèse. Elle conduit entre autre à la production de molécules d’O2, par oxydation de molécules d’eau, H20.
À l’issue de la phase photochimique, il y a production d’ATP et d’un composé RH 2 sous sa forme réduite. Ils sont libérés dans le stroma, siège de la phase chimique. Ces deux produits de la phase photochimique vont être utilisés par la phase chimique pour la production des molécules organiques.
Ainsi, les réactions chimiques qui se produisent lors de la photosynthèse correspondent à des réactions d'oxydoréduction. Pour certains chercheurs, l’oxydant est la molécule de CO2 alors que d’autres pensent qu’il s’agit d’une autre molécule.
Un électron est restitué à la chlorophylle piège par un système d’oxydation de l’eau, d’où la production de O2. Les photosystèmes convertissent donc l’énergie lumineuse en énergie chimique sous forme de composés réduits. On note RH2 les composés réduits obtenus à l’issue de la phase photochimique.